傳感器第4章壓電式(編輯修改稿)
2025-05-30 02:45 本頁面
【文章內容簡介】 余極化強度很大 , 這時的材料才具有壓電特性。 ?極化方向即外加電場方向，取為 Z軸方向。 E 第 4章 壓電式傳感器 1)壓電陶瓷的正壓電效應 如果在陶瓷片上施加一個與極化方向平行的壓縮力，壓電片 產生壓縮變形，使內部束縛電荷的間距變小，電疇發(fā)生偏轉， 極化強度變小，致使內部的束縛電荷變少，導致被吸附在外面 電極上的自由電荷有一部分被釋放，呈現放電狀態(tài)。 當外力消失后，陶瓷片恢復原狀，使極化 強度 增大，內部束縛 電荷增加，導致電極的吸附自由電荷增加，呈現充電狀態(tài)。 這種因受力而產生的機械效應轉換成電效應，將機械能轉換 為電能的現象，就是壓電陶瓷的正壓電效應。放電電荷與外力 成正比關系，即 Fdq 33?第 4章 壓電式傳感器 2）壓電陶瓷的逆壓電效應 如果在陶瓷片上施加一個與極化方向相同的電場， 由于電場 方向與極化方向相同，所以電場的作用使極化強度增大，壓電 陶瓷片沿極化方向產生伸長變形。同理，若改變電場方向同極化 方向相反，則陶瓷片將沿極化方向產生縮短變形。 這種由電效應轉變?yōu)闄C械效應，或者說將電能轉換為機械能的 現象，就是壓電陶瓷的逆壓電效應。變形與電場之間的關系為 zz EdtUzdttUdt333333 ??????第 4章 壓電式傳感器 分析可見： （ 1）壓電陶瓷具有壓電效應，是由于陶瓷內部存在著電疇，經 極化處理后被迫取向排列，使內部存在剩余極化強度，在外作用 （力或電場）下，能使極化強度變化，導致陶瓷出現壓電效應。 （ 2）陶瓷的極化電荷是束縛電荷，它們不能自由移動，陶瓷 中產生的放電或充電現象，是通過陶瓷內部極化強度的變化， 引起電極上的自由電荷的釋放或補充的結果。 第 4章 壓電式傳感器 壓電傳感器的等效電路 由壓電元件的工作原理可知 ,壓電式傳感器可以看作一個電荷發(fā)生器。同時 ,它也是一個電容器 ,晶體上聚集正負電荷的兩表面相當于電容的兩個極板 ,極板間物質等效于一種介質 ,則其電容量為 式中 : s——壓電片的面積 。 h——壓電片的厚度 。 εr —— 壓電材料的相對介電常數 。 hsC ra0???第 4章 壓電式傳感器 aaUCQ ?aaCQU ??電荷 等效電路 ?電壓等效電路 Q Q Q 第 4章 壓電式傳感器 ?電壓靈敏度 ?電荷靈敏度 它們之間的關系 FQSFUSqau??auqaquCSSCSS ?? ,第 4章 壓電式傳感器 壓電傳感器的實際等效電路 － 壓電傳感器在實際使用時總要與測量儀器或測量電路 相連接 , 因此還須考慮連接電纜的等效 電容 Cc, 放大器的輸入電阻 Ri , 輸入電容 Ci以及壓電傳感器的泄漏電阻 Ra 等效電壓源 等效電流源 第 4章 壓電式傳感器 壓電式傳感器的測量電路 第 4章 壓電式傳感器 ? 在實際應用中為提高靈敏度使表面有足夠的電荷 ，常常把兩片 、 四片壓電元件組成在一起使用 。 由于壓電材料有極性 ， 因此存在連接方法 ， 雙片連接時： 電路串聯 電路并聯 + _ U’ _ + + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ++ + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ + _ + _ U’ + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + + + + 39。 , 39。 2 , 39。 22CC U U Q Q? ? ?2 , 39。 2 , 39。C C Q Q U U? ? ?第 4章 壓電式傳感器 ? 串聯 。 電荷相等 電壓相加 電容減小 ? 并聯： ? 電壓相等 ? 電荷相加 ? 電容相加 niCCinUUi/??????inCCiniUU??????第 4章 壓電式傳感器 ? 前置電路有兩個作用， 一是放大微弱的信號，二是阻抗變換； ? 根據等效電路 壓電元件輸出可以是電壓源，也可以是電荷源。 ? 因此，前置放大器也有兩種形式： 電壓放大器和電荷放大器。與其配套的測量電路也有電壓放大器和電荷放大器兩種形式的電路。 電壓放大器原理 第 4章 壓電式傳感器 電壓放大器等效 電路示意圖 簡化圖 ia RRR //?icic CC
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